于波

摘要：近年來，隨著信息化時代的到來，數(shù)控技術(shù)體系日益完善，為自動化車輛機械制造業(yè)提供了全新發(fā)展契機，數(shù)控加工模式逐漸取代傳統(tǒng)的機械制造模式，在實踐應(yīng)用期間取得諸多顯著成果。因此，為推動自動化車輛機械制造業(yè)的健康穩(wěn)步發(fā)展，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，本文對數(shù)控技術(shù)概念、特點及應(yīng)用意義進行闡述，探討數(shù)控技術(shù)在自動化車輛機械制造業(yè)中的具體應(yīng)用，以供參考。

Abstract： In recent years， with the advent of the information age， the numerical control technology system has become more and more perfect， providing a new development opportunity for the automated vehicle machinery manufacturing industry. The numerical control processing mode has gradually replaced the traditional mechanical manufacturing mode， and many significant results have been achieved during the practical application period. . Therefore， in order to promote the healthy and steady development of the automated vehicle machinery manufacturing industry and give full play to its technical advantages， this article explains the concept， characteristics and application significance of CNC technology， and discusses the specific application of CNC technology in the automated vehicle machinery manufacturing industry for reference.

關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù);自動化車輛;機械制造業(yè)

Key words： numerical control technology;automated vehicles;machinery manufacturing

中圖分類號：F407.471 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）01-0190-03

0 ?引言

在全新時代背景下，數(shù)控技術(shù)在車輛機械制造領(lǐng)域中得到應(yīng)用推廣，有助于柔性自動化、智能化與集成化目標(biāo)的達成，車輛生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量均得到明顯提升。與此同時，由于數(shù)控技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用時間較短，數(shù)控技術(shù)與傳統(tǒng)機械制造技術(shù)正處于深度融合的關(guān)鍵時期，技術(shù)價值有待深入挖掘。如何推動二者融合進程，建立以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代化車輛機械制造體系，是一項重要課題，本文就此開展研究探討。

1 ?數(shù)控技術(shù)概述

1.1 技術(shù)概念

數(shù)控技術(shù)是在傳統(tǒng)機械制造技術(shù)基礎(chǔ)上融合計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、傳感檢測等多項信息技術(shù)手段而形成的一項現(xiàn)代制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)，使用數(shù)字信息來控制車輛機械制造過程與機床等設(shè)備的機械運動行為。同時，數(shù)控技術(shù)由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)、外圍技術(shù)三部分組成，機床本體由床身、導(dǎo)軌、刀架、立柱等部件組成，負責(zé)執(zhí)行數(shù)控系統(tǒng)下達的控制指令，按特定軌跡開展機械運動，數(shù)控系統(tǒng)由輸入/輸出設(shè)備、操作系統(tǒng)、PLC可編程邏輯控制器、測量裝置等部分組成，負責(zé)收集現(xiàn)場監(jiān)測信號來判斷生產(chǎn)工況、根據(jù)預(yù)先設(shè)定的生產(chǎn)目標(biāo)來輸出具體控制指令、實現(xiàn)特定生產(chǎn)目標(biāo)，外圍技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)通信、編程系統(tǒng)、工具技術(shù)等，用于維持數(shù)控加工系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀態(tài)，提供現(xiàn)場監(jiān)測信號與控制指令通信傳達等功能服務(wù)。

1.2 技術(shù)特點

在自動化車輛機械制造領(lǐng)域中，數(shù)控技術(shù)有著高效性、便捷性、經(jīng)濟性的技術(shù)特征，具體如下：其一，高效性。數(shù)控加工系統(tǒng)具備自動控制、遠程控制、自動換速與自動換刀等多元化使用功能，以及較高的自動化水平，可以替代人工完成大量生產(chǎn)操作，以及在無人工干預(yù)條件下獨立完成一些簡單的車輛機械制造任務(wù)，車輛機械生產(chǎn)效率與加工精度因此得到明顯提升。例如，使用數(shù)控系統(tǒng)的自動換速、自動換刀與自動檢測功能，憑借數(shù)控機床較大切削用量，替代人工在極短時間內(nèi)完成零部件加工作業(yè)，簡化工序間的零部件檢驗、測量步驟，大幅縮減整體作業(yè)時間與工序環(huán)節(jié)間的時間差。其二，便捷性。較之傳統(tǒng)機械制造模式，數(shù)控加工模式的實際作業(yè)流程較為簡單，工作人員僅需做好前期編程、作業(yè)現(xiàn)場檢查、系統(tǒng)運行監(jiān)測與故障診斷等工作即可，無需以手工方式開展刀具更換等操作，這將在客觀層面上起到提高機械加工精度、縮短生產(chǎn)周期、改善現(xiàn)場作業(yè)條件等多重作用。例如，在加工曲面等復(fù)雜曲線的機械零件時，由數(shù)控系統(tǒng)控制數(shù)控機床等設(shè)備，采取多坐標(biāo)軸聯(lián)動方式開展零件加工作業(yè)，既可以提高機械零件可加工性，還可以解決手工操作難以加工、作業(yè)流程繁瑣等實際問題。其三，經(jīng)濟性。傳統(tǒng)車輛機械制造成本居高不下的原因在于，手工操作工作量較大和生產(chǎn)設(shè)備種類數(shù)量繁多，因此產(chǎn)生高昂的設(shè)備采購、維護保養(yǎng)、使用成本及勞動力成本。而對數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，有助于“工序集中、一機多用”目標(biāo)的達成，既可以替代人工完成大量生產(chǎn)操作，還可以由數(shù)控機床來取代普通機床等設(shè)備，同時減少勞動力成本、設(shè)備采購成本與維護使用成本，幫助企業(yè)獲取額外的經(jīng)濟效益，將車輛機械制造總體成本控制在較低程度。

1.3 應(yīng)用意義

在自動化車輛機械制造業(yè)中，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用意義體現(xiàn)在提升機床控制水平、滿足車輛機械制造業(yè)發(fā)展需求、保障作業(yè)安全三方面。其中，在提升機床控制水平方面，運用傳感檢測技術(shù)與使用PLC可編程邏輯控制器等設(shè)備，持續(xù)采集現(xiàn)場監(jiān)測信號，自動完成信號轉(zhuǎn)換、預(yù)處理、分類整理、邏輯運算等任務(wù)，幫助工作人員實時掌握與控制車輛機械制造加工工況，如建立閉環(huán)控制系統(tǒng)，由PLC裝置對比檢測輸出端與輸出端信號，量化評價加工參數(shù)目標(biāo)值與實際值，根據(jù)二者偏差程度來輸出相應(yīng)控制指令，將加工參數(shù)偏差控制在一定范圍內(nèi)。在滿足車輛機械制造業(yè)發(fā)展需求方面，對數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，是實現(xiàn)高精度、高效率與柔性自動化車輛機械制造目標(biāo)的關(guān)鍵，突破技術(shù)水平對機械加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率提升造成的阻礙，使我國自動化車輛機械制造業(yè)的整體技術(shù)水平達到世界先進水平，這也為制造業(yè)的智能化發(fā)展提供了明確方向。而在保障作業(yè)安全方面，車輛機械制造現(xiàn)場的生產(chǎn)條件較為惡劣，使用油漆、稀料等持續(xù)釋放有毒有害氣體的材料，以及分布工業(yè)氣瓶、電動機械、手持電動工具等危險品與工具設(shè)備，因錯誤操作行為，偶爾出現(xiàn)火災(zāi)爆炸、觸電、機械傷害、起重傷害等生產(chǎn)安全事故。而對數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，使用數(shù)控加工系統(tǒng)的自動控制功能，可以替代絕大多數(shù)或完全替代一線操作崗位，避免在出現(xiàn)設(shè)備故障、錯誤操作等問題時形成生產(chǎn)安全事故而造成人員傷亡。

2 ?數(shù)控技術(shù)在自動化車輛機械制造業(yè)中的應(yīng)用場景

2.1 汽車零部件加工

在自動化車輛機械制造業(yè)早期發(fā)展階段，強調(diào)于實現(xiàn)汽車零部件加工的效益化與規(guī)模化目標(biāo)，采取大規(guī)模量產(chǎn)的生產(chǎn)模式，對汽車零部件的形狀結(jié)構(gòu)、種類數(shù)量與型號有著嚴格要求。然而，隨著行業(yè)發(fā)展，汽車零部件制造目標(biāo)發(fā)生改變，以多品類、小批量與小規(guī)模為生產(chǎn)目標(biāo)，對生產(chǎn)線反應(yīng)速度與機械制造系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力提出更高要求，傳統(tǒng)大規(guī)模量產(chǎn)生產(chǎn)模式缺乏適用性，難以滿足消費者定制需求和汽車零部件加工需求。

在這一行業(yè)背景下，需要在汽車零部件加工場景中廣泛應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)，依托數(shù)控技術(shù)來建立柔性制造系統(tǒng)，以此來取代傳統(tǒng)剛性自動化生產(chǎn)線，以消費者需求為導(dǎo)向來生產(chǎn)多品種、小批量的汽車零部件，數(shù)控系統(tǒng)與機器設(shè)備可以根據(jù)所加工零件的類型與要求來快速切換工藝流程，使系統(tǒng)具備特定的加工能力，簡單來講，則是在數(shù)控技術(shù)驅(qū)動下將多項制造工藝整合為技術(shù)密集型的技術(shù)群，由系統(tǒng)自動控制與管理零件加工過程，在零件類型發(fā)生變化時觸發(fā)程序，在無需過多人工介入情況下調(diào)整生產(chǎn)方式。例如，在加工汽車發(fā)動機時，由數(shù)控系統(tǒng)對氣缸體依次開展連續(xù)鑄造、數(shù)控機床銑“三孔四面”、精膛缸筒處理，對活塞零件進行鑄造、數(shù)控加工與精磨處理，對曲軸使用數(shù)控機床進行凸輪軸型線加工處理來滿足動平衡要求，對汽缸蓋與連桿進行數(shù)控機床加工處理，并使用數(shù)控機床預(yù)先加工油底殼的沖壓模具。在加工汽車變速箱時，可以使用數(shù)控機床完成變速箱內(nèi)裝的齒輪與軸類零件加工作業(yè)，取代傳統(tǒng)的滾齒、插齒和剃齒等工藝，在機床上連續(xù)完成軸類零件的銑鍵槽與拉花鍵等工序，并在數(shù)控加工中心對變速箱殼體進行銑端面與鉆箱孔作業(yè)，以此來提高加工效率與精度，如提高軸類零件配合精度與控制軸間間距。而在加工汽車驅(qū)動橋時，使用數(shù)控機床來一次性完成主減速器雙曲面齒輪、差速器錐形齒輪、橋殼端面螺栓孔鉆孔與橋殼銑削端面的加工作業(yè)。

2.2 汽車底盤生產(chǎn)

汽車底盤是車輛的重要組成部分，發(fā)揮著承受發(fā)動機重力、保障汽車運動安全等多重作用，考慮到各型號款式車輛的底盤配置方案、縱梁形狀尺寸存在差異性，需要根據(jù)底盤生產(chǎn)要求來選擇恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)方式。在傳統(tǒng)汽車底盤生產(chǎn)模式中，普遍采取大噸位壓力機沖壓與搖臂鉆床劃線靠模的方式，這兩種生產(chǎn)方式都存在著局限性，如大噸位壓力機沖壓方式存在前期投入成本高昂、生產(chǎn)周期長的局限性，主要用于大批量生產(chǎn)老舊車型車輛，搖臂鉆床劃線靠模方式有著作業(yè)效率與加工精度低、需要配置大量一線作業(yè)人員的局限性，多用于中小車型的新型車輛試制生產(chǎn)。

為突破傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的局限性，可以在汽車底盤生產(chǎn)場景中應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)，應(yīng)用措施包括建立縱梁數(shù)控沖孔生產(chǎn)線、采用焊接機器人和設(shè)立數(shù)控加工中心。首先，組合運用數(shù)控加工、氣動控制與光電等技術(shù)手段來建立縱梁數(shù)控沖孔生產(chǎn)線，根據(jù)作業(yè)要求來編寫數(shù)控程序，在程序啟動后依次將臺車載料準備就位、使用電磁吸盤將縱梁上料、測定工件空間位置、移動緊閉夾鉗夾料、控制齒輪齒條將板料送至X軸定位與主機Y軸定位，再通過過濾式?jīng)_孔將縱梁移動到下料部位開展自動下料作業(yè)，廢料自動輸出，完成縱梁沖孔加工任務(wù)。較之傳統(tǒng)加工方式，此項方式有著無需調(diào)整板料方向、生產(chǎn)線設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接計算機操作系統(tǒng)、具備輪廓沖突檢測與絲杠螺桿距誤差補償?shù)榷囗検褂霉δ?、采取效果更佳的油水冷方式、在加工異常時自動報警的優(yōu)勢。其次，配置焊接機器人，數(shù)控系統(tǒng)向機器人與焊接設(shè)備遠程下達控制指令，設(shè)備按規(guī)劃軌跡開展運行，以此來提高汽車底盤加工精度與生產(chǎn)效率，替代一線作業(yè)人員，避免作業(yè)人員因長時間處于惡劣工作環(huán)境中而造成人體傷害。例如，日本豐田汽車公司在車輛機械生產(chǎn)線中廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)與焊接機器人技術(shù)，配置新型點焊機器人來開展車體下部零件與汽車底盤的焊接作業(yè)。而我國天津博信汽車零部件公司則采取MIG焊接工藝與焊接機器人完成SUV、皮卡等車型懸架、副車架與減振器等零部件的焊接作業(yè)。最后，設(shè)立數(shù)控加工中心，可以將其視作為一種具備加工復(fù)雜零件條件與較高自動化水平的數(shù)控機床，負責(zé)在車輛機械加工制造期間完成自動交換主軸加工刀具、車庫自動安裝對應(yīng)類型刀具、工件一次裝夾加工、集成開展零件銑削與鉆削等多項操作的生產(chǎn)任務(wù)，數(shù)控加工中心的零件加工效率是普通機床為5-10倍，還可以完成形狀復(fù)雜、加工精度高的零件加工任務(wù)。

2.3 高精度機械加工

在傳統(tǒng)車輛機械制造模式中，機械加工精度會受到人為因素影響，如依賴生產(chǎn)人員的自身工作經(jīng)驗來主觀判斷工件情況、加工路線與開展基點節(jié)點等數(shù)值計算工作，且工件加工過程的控制時效性不足。因此，為滿足車輛機械制造的高精度加工需求，需要應(yīng)用到數(shù)控技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)在無人、少人干預(yù)條件下，基于程序運行準則向數(shù)控機床的運動部件下達功能指令代碼，自動完成零件圖識別、零件數(shù)控加工工藝選擇、數(shù)值計算、程序單編寫、程序校驗、工件加工、工件驗收與質(zhì)量誤差分析等任務(wù)，根據(jù)實際機械加工情況來動態(tài)糾偏調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速、刀具給進量、主軸旋轉(zhuǎn)方向、刀具移動速度等工藝參數(shù)，以及在特定時間點執(zhí)行刀頭夾緊與刀頭冷卻等操作，例如，某車輛機械制造企業(yè)應(yīng)用數(shù)控加工中心來取代原有加工中心，將汽車零部件的加工精度由3-5μm提高至1-1.5μm，且數(shù)控機床與隨動系統(tǒng)的MTBF數(shù)值分別保持在8000h與40000h以上，加工精度與零件質(zhì)量得到明顯提升。

2.4 復(fù)合機械加工

在開展形狀復(fù)雜的車輛零件機械加工作業(yè)時，組合應(yīng)用數(shù)控技術(shù)與五軸聯(lián)動技術(shù)，數(shù)控技術(shù)負責(zé)將原本分布于五面加工機床的多功能主軸在同一數(shù)控機床上進行集成處理，使用數(shù)控系統(tǒng)的自動控制功能，按照控制方案內(nèi)容順序輸出控制指令，控制多功能主軸的六個垂直面采取不同角度開展加工作業(yè)，以此來突破五軸聯(lián)動加工技術(shù)的設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機床占地面積大、主軸結(jié)構(gòu)運轉(zhuǎn)要求嚴格的局限性。某車輛機械制造企業(yè)在生產(chǎn)線上搭配應(yīng)用這兩項技術(shù)，根據(jù)實際生產(chǎn)情況來看，取得了明顯提升3D曲面零件加工精度與切割效率、保持最佳幾何切割角度與零件形狀、具備快速完成高硬度鋼零件銑削碎加工條件、車輛機械加工光潔度得到保證的應(yīng)用效果。

3 ?數(shù)控技術(shù)在自動化車輛機械制造業(yè)中的應(yīng)用策略

3.1 采取自動編程技術(shù)

在數(shù)控技術(shù)應(yīng)用早期，受到技術(shù)水平限制，車輛機械制造企業(yè)普遍采取手動編程方式，憑借編程人員的自身工作經(jīng)驗來熟悉加工工件圖紙，從中提取工件形狀結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、公差尺寸精度要求等基礎(chǔ)信息，根據(jù)加工工藝流程規(guī)劃方案來手動編寫工件夾位的控制程序，在程序中設(shè)定工件結(jié)構(gòu)外形節(jié)點坐標(biāo)、找好加工坐標(biāo)系、設(shè)定噴頭等裝置位置等，編程作業(yè)效率有待提升，同時，受人為因素影響，存在零件計算誤差問題，導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)在運行期間有可能出現(xiàn)癱瘓運行、運行故障、程序錯誤、機械運動不及時等一系列問題，進而影響到機械加工質(zhì)量與實際生產(chǎn)效率，限制了數(shù)控技術(shù)功能效用的發(fā)揮。因此，需要將自動編程作為數(shù)控系統(tǒng)的一項外圍技術(shù)，由企業(yè)采購RPO/E、Powrmill、CAXA制造工程師等計算機專用軟件，編程人員使用軟件自帶工具開展數(shù)控加工程序的編寫工作，僅需保證編程人員熟練掌握數(shù)控語言、熟悉軟件正確操作方案、按照規(guī)定要求順序開展數(shù)值導(dǎo)入計算、后置處理等操作，由程序替代人工完成數(shù)值計算與基礎(chǔ)參數(shù)提取等操作，即可快速完成數(shù)控編程作業(yè)，保證數(shù)控程序質(zhì)量，消除手動編寫程序時產(chǎn)生的誤差。

3.2 引進新型車輛機械加工設(shè)備

隨著車輛機械加工精度與產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，以及數(shù)控技術(shù)的優(yōu)化發(fā)展，早期型號的數(shù)控機床與機械加工設(shè)備的使用性能有待提高，存在使用功能單一、運算速度慢、外圍技術(shù)種類少等問題，難以滿足實際制造需求。因此，車輛機械制造企業(yè)需要積極引進新型的車輛機械加工設(shè)備，以新型數(shù)控機床為例，機床使用性能得到全面提升，如采取內(nèi)裝式電主軸，將主軸最高轉(zhuǎn)速保持在200000r/min及以上、在0.01μm分辨率時的最大進給率超過240m/min、刀具交換時間縮短至1s內(nèi)，同時，在數(shù)控機床中采取高速插補、誤差補償、網(wǎng)格解碼器檢查、車銑復(fù)合加工等全新技術(shù)手段，更好的滿足車輛機械制造要求。

3.3 培育數(shù)控人才

在數(shù)控技術(shù)全面推廣的行業(yè)發(fā)展背景下，車輛機械加工精度、產(chǎn)品質(zhì)量、作業(yè)效率與生產(chǎn)效益均得到明顯提升，與此同時，也對作業(yè)人員和編程人員的專業(yè)水平提出更高要求，當(dāng)前部分作業(yè)人員對數(shù)控技術(shù)缺乏深入了解，尚未掌握基于數(shù)控技術(shù)的正確車輛機械制造生產(chǎn)方法，數(shù)控技術(shù)應(yīng)用價值未得到完全、充分發(fā)揮，這也是技術(shù)應(yīng)用推廣期間亟待解決的一項重要問題。

因此，車輛機械制造企業(yè)必須加大對數(shù)控人才的培育力度。首先，在數(shù)控技術(shù)推廣期間，定期舉辦宣講會等活動，以數(shù)控技術(shù)概念、特點、應(yīng)用案例、全新車輛機械制造模式等作為主要內(nèi)容，使得工作人員對數(shù)控技術(shù)有著全面了解，調(diào)整自身工作意識，積極配合數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用落實。其次，以實際工作要求為導(dǎo)向，開展專項人員培訓(xùn)工作，使工作人員掌握正確的車輛機械制造方法，例如，對于編程人員，以自動編程方法的流程步驟、注意事項、常用自動編程軟件操作方法為培訓(xùn)內(nèi)容，對于現(xiàn)場作業(yè)人員，以機械制圖、可編程邏輯控制器調(diào)試檢查、數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測作為培訓(xùn)內(nèi)容，對于維修人員，則以數(shù)控機床等新型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、常見故障、故障診斷方法與檢修方法為培訓(xùn)內(nèi)容。最后，調(diào)整團隊結(jié)構(gòu)與人員招聘要求，優(yōu)先聘用具備較高理論水平、全新知識結(jié)構(gòu)、對數(shù)控技術(shù)有著深入了解的專業(yè)人才，以及增設(shè)數(shù)控系統(tǒng)維護改造、數(shù)控編程等技術(shù)型崗位。

4 ?結(jié)語

綜上所述，為促進我國自動化車輛機械制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，將車輛機械制造水平提高至世界先進水準，對數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用是十分有必要的。因此，車輛機械制造企業(yè)務(wù)必正確認識到數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用價值，從技術(shù)概念、特點、應(yīng)用場景等方面著手，做到對數(shù)控技術(shù)的全面認識、深入了解，積極解決實際生產(chǎn)中的問題，使數(shù)控技術(shù)在實踐應(yīng)用期間發(fā)揮出應(yīng)有作用。

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